Theorem bcthlem2 25556

Description: Lemma for bcth 25560. The balls in the sequence form an inclusion chain. (Contributed by Mario Carneiro, 7-Jan-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
bcth.2	⊢ 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
bcthlem.4	⊢ (𝜑 → 𝐷 ∈ (CMet‘𝑋))
bcthlem.5	⊢ 𝐹 = (𝑘 ∈ ℕ, 𝑧 ∈ (𝑋 × ℝ+) ↦ {⟨𝑥, 𝑟⟩ ∣ ((𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ (𝑟 < (1 / 𝑘) ∧ ((cls‘𝐽)‘(𝑥(ball‘𝐷)𝑟)) ⊆ (((ball‘𝐷)‘𝑧) ∖ (𝑀‘𝑘))))})
bcthlem.6	⊢ (𝜑 → 𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽))
bcthlem.7	⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ ℝ+)
bcthlem.8	⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ 𝑋)
bcthlem.9	⊢ (𝜑 → 𝑔:ℕ⟶(𝑋 × ℝ+))
bcthlem.10	⊢ (𝜑 → (𝑔‘1) = ⟨𝐶, 𝑅⟩)
bcthlem.11	⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑔‘(𝑘 + 1)) ∈ (𝑘𝐹(𝑔‘𝑘)))

Assertion

Ref	Expression
bcthlem2	⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ⊆ ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)))

Distinct variable groups:   𝑘,𝑛,𝑟,𝑥,𝑧   𝐶,𝑟,𝑥   𝑔,𝑘,𝑛,𝑟,𝑥,𝑧,𝐷   𝑔,𝐹,𝑘,𝑛,𝑟,𝑥,𝑧   𝑔,𝐽,𝑘,𝑛,𝑟,𝑥,𝑧   𝑔,𝑀,𝑘,𝑛,𝑟,𝑥,𝑧   𝜑,𝑘,𝑛,𝑟,𝑥,𝑧   𝑥,𝑅   𝑔,𝑋,𝑘,𝑛,𝑟,𝑥,𝑧

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑔)   𝐶(𝑧, 𝑔, 𝑘, 𝑛)   𝑅(𝑧, 𝑔, 𝑘, 𝑛, 𝑟)

Proof of Theorem bcthlem2

Step	Hyp	Ref	Expression
1		bcthlem.11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑔‘(𝑘 + 1)) ∈ (𝑘𝐹(𝑔‘𝑘)))
2		fvoveq1 7437	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 𝑛 → (𝑔‘(𝑘 + 1)) = (𝑔‘(𝑛 + 1)))
3		id 23	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 𝑛 → 𝑘 = 𝑛)
4		fveq2 6879	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 𝑛 → (𝑔‘𝑘) = (𝑔‘𝑛))
5	3, 4	oveq12d 7432	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 𝑛 → (𝑘𝐹(𝑔‘𝑘)) = (𝑛𝐹(𝑔‘𝑛)))
6	2, 5	eleq12d 2854	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 𝑛 → ((𝑔‘(𝑘 + 1)) ∈ (𝑘𝐹(𝑔‘𝑘)) ↔ (𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑛𝐹(𝑔‘𝑛))))
7	6	rspccva 3575	. . . . 5 ⊢ ((∀𝑘 ∈ ℕ (𝑔‘(𝑘 + 1)) ∈ (𝑘𝐹(𝑔‘𝑘)) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑛𝐹(𝑔‘𝑛)))
8	1, 7	sylan 592	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑛𝐹(𝑔‘𝑛)))
9		bcthlem.9	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑔:ℕ⟶(𝑋 × ℝ+))
10	9	ffvelcdmda 7078	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝑔‘𝑛) ∈ (𝑋 × ℝ+))
11		bcth.2	. . . . . . 7 ⊢ 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
12		bcthlem.4	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐷 ∈ (CMet‘𝑋))
13		bcthlem.5	. . . . . . 7 ⊢ 𝐹 = (𝑘 ∈ ℕ, 𝑧 ∈ (𝑋 × ℝ+) ↦ {⟨𝑥, 𝑟⟩ ∣ ((𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ (𝑟 < (1 / 𝑘) ∧ ((cls‘𝐽)‘(𝑥(ball‘𝐷)𝑟)) ⊆ (((ball‘𝐷)‘𝑧) ∖ (𝑀‘𝑘))))})
14	11, 12, 13	bcthlem1 25555	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑛 ∈ ℕ ∧ (𝑔‘𝑛) ∈ (𝑋 × ℝ+))) → ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑛𝐹(𝑔‘𝑛)) ↔ ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+) ∧ (2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) < (1 / 𝑛) ∧ ((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ (((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)) ∖ (𝑀‘𝑛)))))
15	14	expr 462	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ((𝑔‘𝑛) ∈ (𝑋 × ℝ+) → ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑛𝐹(𝑔‘𝑛)) ↔ ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+) ∧ (2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) < (1 / 𝑛) ∧ ((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ (((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)) ∖ (𝑀‘𝑛))))))
16	10, 15	mpd 16	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑛𝐹(𝑔‘𝑛)) ↔ ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+) ∧ (2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) < (1 / 𝑛) ∧ ((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ (((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)) ∖ (𝑀‘𝑛)))))
17	8, 16	mpbid 235	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+) ∧ (2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) < (1 / 𝑛) ∧ ((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ (((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)) ∖ (𝑀‘𝑛))))
18		cmetmet 25517	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) → 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))
19	12, 18	syl 18	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))
20		metxmet 24563	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐷 ∈ (Met‘𝑋) → 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
21	19, 20	syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
22	11	mopntop 24669	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐽 ∈ Top)
23	21, 22	syl 18	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ Top)
24		xp1st 8019	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+) → (1st ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ∈ 𝑋)
25		xp2nd 8020	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+) → (2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ∈ ℝ+)
26	25	rpxrd 13090	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+) → (2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ∈ ℝ*)
27	24, 26	jca 521	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+) → ((1st ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ∈ 𝑋 ∧ (2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ∈ ℝ*))
28		blssm 24647	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (1st ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ∈ 𝑋 ∧ (2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ∈ ℝ*) → ((1st ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))(ball‘𝐷)(2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ 𝑋)
29	28	3expb 1138	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ ((1st ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ∈ 𝑋 ∧ (2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ∈ ℝ*)) → ((1st ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))(ball‘𝐷)(2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ 𝑋)
30	21, 27, 29	syl2an 608	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+)) → ((1st ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))(ball‘𝐷)(2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ 𝑋)
31		df-ov 7417	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((1st ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))(ball‘𝐷)(2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) = ((ball‘𝐷)‘⟨(1st ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))), (2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))⟩)
32		1st2nd2 8026	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+) → (𝑔‘(𝑛 + 1)) = ⟨(1st ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))), (2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))⟩)
33	32	fveq2d 6883	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+) → ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) = ((ball‘𝐷)‘⟨(1st ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))), (2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))⟩))
34	31, 33	eqtr4id 2814	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+) → ((1st ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))(ball‘𝐷)(2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) = ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))))
35	34	adantl 487	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+)) → ((1st ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))(ball‘𝐷)(2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) = ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))))
36	11	mopnuni 24670	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝑋 = ∪ 𝐽)
37	21, 36	syl 18	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝑋 = ∪ 𝐽)
38	37	adantr 486	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+)) → 𝑋 = ∪ 𝐽)
39	30, 35, 38	3sstr3d 3985	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+)) → ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ⊆ ∪ 𝐽)
40		eqid 2760	. . . . . . . . . 10 ⊢ ∪ 𝐽 = ∪ 𝐽
41	40	sscls 23284	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ⊆ ∪ 𝐽) → ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ⊆ ((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))))
42	23, 39, 41	syl2an2r 698	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+)) → ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ⊆ ((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))))
43		difss2 4085	. . . . . . . 8 ⊢ (((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ (((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)) ∖ (𝑀‘𝑛)) → ((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)))
44		sstr2 3938	. . . . . . . 8 ⊢ (((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ⊆ ((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) → (((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)) → ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ⊆ ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛))))
45	42, 43, 44	syl2im 41	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+)) → (((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ (((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)) ∖ (𝑀‘𝑛)) → ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ⊆ ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛))))
46	45	a1d 26	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+)) → ((2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) < (1 / 𝑛) → (((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ (((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)) ∖ (𝑀‘𝑛)) → ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ⊆ ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)))))
47	46	ex 418	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+) → ((2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) < (1 / 𝑛) → (((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ (((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)) ∖ (𝑀‘𝑛)) → ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ⊆ ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛))))))
48	47	3impd 1367	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+) ∧ (2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) < (1 / 𝑛) ∧ ((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ (((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)) ∖ (𝑀‘𝑛))) → ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ⊆ ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛))))
49	48	adantr 486	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (((𝑔‘(𝑛 + 1)) ∈ (𝑋 × ℝ+) ∧ (2nd ‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) < (1 / 𝑛) ∧ ((cls‘𝐽)‘((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1)))) ⊆ (((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)) ∖ (𝑀‘𝑛))) → ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ⊆ ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛))))
50	17, 49	mpd 16	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ⊆ ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)))
51	50	ralrimiva 3154	1 ⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘(𝑛 + 1))) ⊆ ((ball‘𝐷)‘(𝑔‘𝑛)))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  ∀wral 3076   ∖ cdif 3896   ⊆ wss 3899  ⟨cop 4590  ∪ cuni 4867   class class class wbr 5103  {copab 5167   × cxp 5653  ⟶wf 6529  ‘cfv 6533  (class class class)co 7414   ∈ cmpo 7416  1^st c1st 7985  2^nd c2nd 7986  1c1 11128   + caddc 11130  ℝ^*cxr 11269   < clt 11270   / cdiv 11898  ℕcn 12260  ℝ⁺crp 13045  ∞Metcxmet 21573  Metcmet 21574  ballcbl 21575  MetOpencmopn 21578  Topctop 23121  Clsdccld 23244  clsccl 23246  CMetccmet 25485

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2732  ax-rep 5232  ax-sep 5251  ax-nul 5263  ax-pow 5330  ax-pr 5398  ax-un 7737  ax-cnex 11183  ax-resscn 11184  ax-1cn 11185  ax-icn 11186  ax-addcl 11187  ax-addrcl 11188  ax-mulcl 11189  ax-mulrcl 11190  ax-mulcom 11191  ax-addass 11192  ax-mulass 11193  ax-distr 11194  ax-i2m1 11195  ax-1ne0 11196  ax-1rid 11197  ax-rnegex 11198  ax-rrecex 11199  ax-cnre 11200  ax-pre-lttri 11201  ax-pre-lttrn 11202  ax-pre-ltadd 11203  ax-pre-mulgt0 11204  ax-pre-sup 11205

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6299  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6489  df-fun 6535  df-fn 6536  df-f 6537  df-f1 6538  df-fo 6539  df-f1o 6540  df-fv 6541  df-riota 7371  df-ov 7417  df-oprab 7418  df-mpo 7419  df-om 7864  df-1st 7987  df-2nd 7988  df-frecs 8281  df-wrecs 8312  df-recs 8361  df-rdg 8400  df-er 8699  df-map 8831  df-en 8956  df-dom 8957  df-sdom 8958  df-sup 9415  df-inf 9416  df-pnf 11272  df-mnf 11273  df-xr 11274  df-ltxr 11275  df-le 11276  df-sub 11470  df-neg 11471  df-div 11899  df-nn 12261  df-2 12330  df-n0 12532  df-z 12619  df-uz 12891  df-q 13001  df-rp 13046  df-xneg 13166  df-xadd 13167  df-xmul 13168  df-topgen 17531  df-psmet 21580  df-xmet 21581  df-met 21582  df-bl 21583  df-mopn 21584  df-top 23122  df-topon 23139  df-bases 23174  df-cld 23247  df-cls 23249  df-cmet 25488

This theorem is used by:  bcthlem3  25557  bcthlem4  25558